Trong bài viết dưới đây, chúng tôi sẽ chia sẻ định nghĩa định luật Cu lông là gì? Công thức định luật Cu lông kèm theo các dạng bài tập thường gặp có lời giải chi tiết để các bạn cùng tham khảo nhé
Định luật Cu lông là gì?
Lực hút hay lực đẩy giữa hai điện tích điểm đặt trong chân không có phương trùng với đường thẳng nối giữa hai điện tích điểm đó, có độ lớn tỉ lệ với tích độ lớn của hai điện tích và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng.
Các đơn vị thường gặp: 1pC = 10-12C; 1nC = 10-9C; 1μC = 10-6C; 1mC = 10-3C
Công thức định luật Cu lông
F = k.|q1q2|/εr2
Trong đó:
- k là hệ số tỉ lệ = 9.109N.m2 /C2
- r là khoảng cách giữa hai điện tích [m]
- q1,q2 là điện tích [C]
- ε là hằng số điện môi của môi trường [ε ≥ 1]
Tham khảo thêm: Hiệu điện thế là gì? Công thức tính hiệu điện thế chính xác 100% [VD]
Lực tương tác giữa các điện tích điểm đặt trong điện môi đồng tính – Hằng số điện môi
Điện môi là môi trường cách điện.
Hằng số điện môi của một môi trường cho ta biết:
- Khi đặt các điện tích trong môi trường có điện môi thì lực tương tác giữa chúng giảm đi bao nhiêu lần so với đặt trong chân không.
- Đối với chân không, hằng số điện môi ε= 1.
Bài tập ứng dụng định luật Cu lông
Ví dụ 1: Hai điện tích q1 = -q; q2 = 4q đặt cách nhau một khoảng r. Nếu điện tích q1 tác dụng lực điện lên điện tích q2 có độ lớn là F thì lực tác dụng của điện tích q2 lên q1 có độ lớn bằng bao nhiêu?
Lời giải
Theo định luật Cu-lông ta có: Lực tác dụng của điện tích q1 lên q2 và lực tác dụng của điện tích q2 lên q1 bằng nhau:
F12 = F21 = F = k.|q1q2|/εr2
Ví dụ 2: Cho hai điện tích q1 = 6.10−8C và q2 = 3.10−7C đặt cách nhau 3 cm trong chân không.
a] Tính lực tương tác giữa chúng.
b] Để lực này tăng lên 4 lần thì khoảng cách giữa chúng là bao nhiêu?
c] Đưa hệ này vào nước có ε=81 thì lực tương tác giống câu a. Tìm khoảng cách giữa hai điện tích lúc này.
Lời giải
Lực tương tác giữa hai điện tích được biểu diễn như hình vẽ:
Và có độ lớn là:
b] Khi lực tương tác giữa hai điện tích tăng lên 4 lần, ta có:
c] Đưa hệ này vào nước, lực tương tác không đổi:
Ví dụ 3: Lực tương tác tĩnh điện giữa hai điện tích điểm đứng yên đặt cách nhau một khoảng 4cm là F. Nếu để chúng cách nhau 1cm thì lực tương tác giữa chúng là bao nhiêu?
Lời giải
Ta có:
Khi r1 = 4cm : Lực tương tác tĩnh điện giữa hai điện tích là:
F = k|q1q2|/εr12
Khi r2 = 4cm : Lực tương tác tĩnh điện giữa hai điện tích:
F = k|q1q2|/εr22
Ví dụ 4: Hai điện tích q1 = 8.10−8C,q2 = −8.10−8C đặt tại A,B trong không khí [AB = 6 cm]. Xác định lực tác dụng lên q3 = 8.10−8C, nếu:
a] CA = 4 cm, CB = 2 cm
b] CA = 4 cm, CB = 10 cm
Hướng dẫn giải
Điện tích q3 sẽ chịu hai lực tác dụng của q1 và q2 là F1→ , F2→
Lực tổng hợp: F→= F1→ + F2→
a] Ta có: CA = 4 cm và CB = 3 cm ⇒ AC+CB = AB => C nằm trong đoạn AB
Ta biểu diễn các lực tương tác như hình vẽ:
Suy ra: F→ cùng chiều với F1→ , F2→ [hướng từ C đến B]
Độ lớn:
b] CA = 4 cm và CB = 10 cm => CB – CA =AB => C nằm trên đường AB, ngoài khoảng AB về phía A.
Ta biểu diễn các lực tương tác như hình vẽ:
Ta thấy F1→ , F2→ ngược chiều nhau, F→ cùng chiều với F1→
Độ lớn:
Ta có:
Hy vọng với những kiến thức mà chúng tôi vừa chia sẻ có thể giúp các bạn nắm được định nghĩa và công thức định luật Cu lông để áp dụng vào làm bài tập
ĐIỆN TÍCH - ĐỊNH LUẬT CU-LÔNG
I. Sự nhiễm điện của các vật. Điện tích. Tương tác điện.
1. Sự nhiễm điện của các vật.
- Nhiễm điện do cọ xát:
Cọ xát một thước nhựa vào vải len, ta thấy thước nhựa có thể hút được các vật nhẹ như giấy
- Nhiễm điện do tiếp xúc
Cho thanh kim loại không nhiễm điện chạm vào quả cầu đã nhiễm điện thì thanh kim loại nhiễm điện cùng dấu với điện tích của quả cầu - Đưa thanh kim loại ra xa quả cầu thì thanh kim loại vẫn nhiễm điện.
- Nhiễm điện do hưởng ứng
Đưa thanh kim loại không nhiễm điện đến gần quả cầu đã nhiễm điện nhưng không chạm vào quả cầu, thì hai đầu thanh kim loại được nhiễm điện. Đầu gần quả cầu hơn nhiễm điện trái dấu với điện tích quả cầu, đầu xa hơn nhiễm điện cùng dấu.
Đưa thanh kim loại ra xa quả cầu thì thanh kim loại trở về trạng thái không nhiễm điện như lúc đầu
2. Điện tích. Điện tích điểm
- Vật bị nhiễm điện còn gọi là vật mang điện, vật tích điện hay vật chứa điện tích.
- Điện tích điểm là một vật tích điện có kích thước rất nhỏ so với khoảng cách tới điểm mà ta xét. Điện tích điểm là điện tích được coi như tập trung tại một điểm.
3. Tương tác điện. Hai loại điện tích
- Các điện tích hoặc đẩy nhau, hoặc hút nhau [Hình 1.1]. Sự đẩy nhau hay hút nhau giữa các điện tích đó là tương tác điện.
- Có hai loại điện tích là điện tích dương [+] và điện tích âm [-].
+ Các điện tích cùng loại [cùng dấu] thì đẩy nhau.
+ Các điện tích khác loại [khác dấu] thì hút nhau.
- Hai lực tác dụng vào hai điện tích là hai lực trực đối, cùng phương, ngược chiều, độ lớn bằng nhau và đặt vào hai điện tích.
II. Định luật Cu-lông. Hằng số điện môi.
1. Định luật Cu-lông.
Năm 1785, Cu-lông, nhà bác học người Pháp, lần đầu tiên lập được định luật về sự phụ thuộc của lực tương tác giữa các điện tích điểm [gọi tắt là lực điện hay lực Cu-lông] vào khoảng cách giữa chúng.
- Nội dung: Lực hút hay đẩy giữa hai điện tích điểm có phương trùng với đường thẳng nối hai điện tích điểm đó, có độ lớn tỉ lệ thuận với độ lớn của hai điện tích và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng.
\[F = k\frac{{\left| {{q_1}{q_2}} \right|}}{{{r^2}}}\]
Lực tương tác có:
+ Phương: là đường thẳng nối giữa 2 điện tích điểm
+ Chiều:
+ Độ lớn:
Tỉ lệ thuận với tích độ lớn q1, q2
Tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách
\[{F_{12}} = {F_{21}} = F = k\frac{{\left| {{q_1}{q_2}} \right|}}{{{r^2}}}\]
Trong đó:
- \[{q_1},{\rm{ }}{q_2}\] được gọi là điện tích điểm [đơn vị : C [Culông]
- r là khoảng cách của 2 điện tích điểm
- k là hằng số Cu-lông: \[k = {9.10^9}\left[ {N.{m^2}/{c^2}} \right]\]
2. Hằng số điện môi.
- Điện môi là một môi trường cách điện.
- Khi đặt các điện tích điểm trong một điện môi [chẳng hạn trong một chất dầu cách điện] đồng tính chiếm đầy không gian xung quanh các điện tích, thì lực tương tác sẽ yếu đi ε lần so với khi đặt chúng trong chân không. ε được gọi là hằng số điện môi của môi trường [ε ≥ 1]. Đối với chân không thì ε = 1 còn đối với các môi trường khác ε >1.
- Hằng số điện môi là một đặc trưng quan trọng cho tính chất điện của một chất cách điện. Nó cho biết khi đặt điện tích trong chất đó thì lực tương tác giữa các điện tích sẽ nhỏ đi bao nhiêu lần so với khi đặt chúng trong chân không.
\[F = k\frac{{\left| {{q_1}{q_2}} \right|}}{{\varepsilon {r^2}}}\]
3. Nguyên lý chồng chất lực điện
Giả sử có n điện tích điểm q1, q2,…, qn tác dụng lên điện tích điểm q những lực tương tác tĩnh điện \[\overrightarrow {{F_1}} ,\overrightarrow {{F_2}} ,...,\overrightarrow {{F_n}} \] thì lực điện tổng hợp do các điện tích điểm trên tác dụng lên điện tích q tuân theo nguyên lý chồng chất lực điện.
\[\overrightarrow F = \overrightarrow {{F_1}} + \overrightarrow {{F_2}} + ... + \overrightarrow {{F_n}} \]
Sơ đồ tư duy về điện tích, định luật Cu-lông